DE68918485T2

DE68918485T2 - Verfahren und Apparat zur Gasprojektion.

Info

Publication number: DE68918485T2
Application number: DE68918485T
Authority: DE
Inventors: Loo Tjay Yap
Original assignee: BOC Group Inc
Current assignee: Messer LLC
Priority date: 1988-04-01
Filing date: 1989-03-31
Publication date: 1995-02-16
Anticipated expiration: 2009-04-01
Also published as: IE891033L; IE65733B1; DK157289D0; CA1337097C; EP0335728B1; JPH01300109A; EP0335728A3; ATE112377T1; AU613725B2; AU3166589A; DK157289A; DE68918485D1; JP2735610B2; DK173281B1; EP0335728A2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schaffen eines Wärmetransfers zu einem Ofen, die einen Brenner und eine Lanze einsetzen, um ein reaktionsratensteigerndes Gas (z. B. Sauerstoff) unter die Brennerflamme zu liefern. Eine derartige Vorrichtung ist aus der Schrift US-A-3 353 941 bekannt.
Im allgemeinen sind die Effizienzen in direkt-befeuerten industriellen Prozessen, zum Beispiel die Herstellung von Glas, durch die Mechanik des Wärmetransfers begrenzt. Der Wärmetransfer ist relativ effizient für thermische Lasten in der Nähe der Flamme. Jedoch ist in praktischen Anwendungen die thermische Last nicht konzentrisch um die Flamme herum angeordnet, wie es für einen effizienten Wärmetransfer wünschenswert wäre. Statt dessen nehmen die meisten thermischen Lasten einen Wärmefluß durch ebene oder mäßig gekrümmte Oberflächen an, wie beispielsweise die horizontale Oberfläche einer Glas/Metall-Schmelze in einem Glas/Schmelzen-Ofen, die vertikale Wand eines Wärmeaustauschers in einer Siedevorrichtung oder die gekrümmte Oberfläche einer Ladung granulierten Materials in einem Drehrohrofen.
Es ist bekannt, daß die Hinzufügung eines reaktionsratensteigernden Gases den Wärmetransfer eines direkt-befeuerten Systems verbessert. Der Begriff "reaktionsratensteigerndes Gas", wie hierin verwendet, schließt irgendein Gas ein, das die erwünschte Reaktion auf eine positive Weise beeinflußt, zum Beispiel Sauerstoff, sauerstoffangereicherte Luft, Mischungen aus Sauerstoff und anderen Gasen wie Acetylen und dergleichen. Dies ist der Fall, da die Flammentemperatur und dadurch der Transfer von Wärme von der Flamme zur thermischen Last erhöht wird. Außerdem verringert die Reduzierung von durch das Verbrennungssystem fließendem Stickstoff Abgasverluste.
Obwohl die Hinzufügung eines reaktionsratensteigernden Gases die Wärmetransfereffizienz erhöht, hat es Bemühung gegeben, den Wärmetransfer durch Ändern der relativen Positionierung des Brenners und der Röhre oder Lanze gegeben, die verwendet wird, um das ratensteigernde Gas zum System zu übertragen. Herkömmlicherweise wird eine Sauerstoffstrahlströmung zwischen die Flamme und die thermische Last durch eine achsensymmetrische Lanze eingeführt, wobei die Ausstoßöffnung der Lanze typischerweise benachbart dem Brenner positioniert ist. Wie hierin verwendet, bedeutet der Begriff "achsensymmetrisch", daß ein Querschnitt des Gasstrahls oder der Flamme am Ausgangspunkt von der Lanze oder dem Brenner senkrecht zur longitudinalen Achse der Strömung des Strahls oder der Flamme genommen im wesentlich kreisförmig ist. "Nicht-achsensymmetrisch" bedeutet, daß der Querschnitt im wesentlichen nicht-kreisförmig ist.
In derartigen Systemen resultiert die Einführung von Sauerstoff unter Verwendung einer achsensymmetrischen Lanze in der Bildung einer schmalen, stiftförmigen Hochtemperaturzone entlang der Länge der Flamme. Der Wärmefluß zur thermischen Last ist größer von der sauerstoffintensivierten Zone als vom Rest der Flamme. Als ein Ergebnis ist die thermische Last hohen lokalisierten Wärmeflüssen ausgesetzt, die in ungleichmäßig erwärmten Bereichen in der thermischen Last, herkömmlicherweise als "heiße Stellen" bezeichnet, resultieren. Ein ungleichmäßiges Erwärmen begrenzt die Effizienz und Kapazität des Ofens und beeinträchtigt nachteilig die Produktqualität.
Ein weiteres Verfahren zur Verbesserung des Wärmetransfers ist in dem US-Patent Nr. 4 444 586 von Bienus et al offenbart. Eine achsensymmetrische Sauerstoff/Brennstoff-Lanze ist senkrecht zur Schmelzenoberfläche in einem Reverberierofen zum Schmelzen von Kupfer gerichtet, so daß sich die Flamme in Frontal-Kontakt mit einem Teil des Kupfers befindet. Die Flamme wird durch einen achsensymmetrischen Ölzerstäuber mit einer (konzentrischen) ko-ringförmigen Sauerstoffzufuhr erzeugt. Diese Anordnung erzeugt einen gesteigerten Wärmetransfer lediglich sehr lokal zum Bereich der Flammeneinwirkung auf dem Kupfer.
Der durchschnittliche statische Druck in einem Strahl eines reaktionsratensteigernden Gases ist niedriger als der Umgebungsdruck; wieviel niedriger er ist, hängt von der Dichte und Geschwindigkeit der Strahlströmung ab. Diese Beobachtung kann aus einer quantitativen Analyse der geltenden Impulsgleichungen abgeleitet werden.
Im wesentlichen alle Flammen, die in industriellen Öfen erzeugt werden, sind im wesentlichen isobar (niedrige Mach- Zahl). Dies kann festgestellt werden durch Fokussieren auf die Strömung über die Flamme hinweg auf einer Längenskala in der Größenordnung der Flammendicke. In einer derartigen Analyse kann die Flammenkrümmung vernachlässigt werden, sogar für turbulente Flammen. Eine standardmäßige Größenordnungs- Analyse führt zu dem Schluß, daß die Viskositätseffekte auf den Druckabfall über die Flamme hinweg ebenso vernachlässigt werden können.
Die Anmelderin hat entdeckt, daß das Feld reduzierten statischen Drucks, das durch einen dichten (kalten) Strahl induziert wird, wirksam eine isobare, weniger dichte heiße Flamme verschieben und deformieren kann. Indem der Strahl geeignet zwischen der thermischen Last und der Flamme positioniert wird, und indem ein nicht-kreisförmiger oder relativ flacher Strahl eingesetzt wird, wird die Flamme auf das Feld niedrigen statischen Drucks, das durch den kälteren, d. h. abgeflachten Strahl induziert wird, zu gezogen wird. Die Flamme wird ebenfalls auf die nicht-kreisförmige Form des kalten Strahls zu deformiert. Dies resultiert in günstigerer Flammenplazierung und Geometriesteuerung, was die Effizienz der Flamme erhöht, um Wärme zur gesamten thermischen Last ohne die Bildung heißer Stellen zu übertragen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zum Schaffen eines relativ gleichförmigen Wärmetransfer zu einer zu erwärmenden Oberfläche geschaffen, die einen Brenner, der in der Lage ist, in Betrieb eine sich über die Oberfläche erstreckende Flamme zu schaffen, und eine Gaslanze umfaßt, die Mittel zum Emittieren eines reaktionsratensteigernden Gases auf "nicht-kreisförmige" Weise besitzt und positioniert ist, um in Betrieb ein aerodynamisch reduziertes Druckfeld zu erzeugen, wodurch die Flamme auf die Oberfläche zu deformiert und verschoben wird. Der Begriff Brenner, wie allgemein bekannt und hierin verwendet, beschreibt eine Vorrichtung, die einen Brennstoff oder einen Brennstoff in Kombination mit einem Oxidationsmittel emittiert.
Der gemäß der vorliegenden Erfindung offenbarte Brenner schließt nicht nur einen Brennstoffauslaß, um einen Brennstoff allein oder einen Brennstoff in Kombination mit einem Oxidationsmittel zu emittieren, sondern auch eine Gaslanze (oder einen Gasdurchgang) ein, durch welche oder welchen ein reaktionsratensteigerndes Gas emittiert wird.
Ein nicht-kreisförmiger geformter Brennstoffauslaß oder Brennerauslaß kann eingesetzt werden, wobei er vorzugsweise eine Form ähnlich der Lanze besitzt. Infolgedessen erlauben sowohl der Brennstoff- als auch der Gasstrahlimpuls und die relative Flammenrichtung eine größere Kontrolle über die Flammenposition, -form und -temperatur, was zu noch günstigeren Wärmetransfercharakteristiken gegenüber herkömmlichen Lanzenanordnungen und -techniken führt.
Die Lanze zum Ausstoßen des reaktionsratensteigernden Gases besitzt ein Einlaßende und endet in einem nicht-kreisförmigen distalen oder Gasauslaß-Ende. Das Auslaßende besitzt vorzugsweise eine wesentlich weitere Öffnung als das Einlaßende und ist vorzugsweise abgeflacht (relativ zu einem herkömmlichen kreisförmigen Auslaß), um dadurch ein nicht-kreisförmiges Ausströmen des Gases zu schaffen.
Der Ausgang des Auslaßendes der Lanze ist definiert durch ein Paar von äußersten gegenüberliegenden Punkten derart, daß eine durch die äußersten gegenüberliegenden Punkte verlaufende Ebene nicht-parallel und typischerweise im allgemeinen senkrecht zu einer die Lanze und den Brenner in zwei Teile teilenden Ebene ist. Somit können die Flamme und der Gasstrahl auf solche Weise orientiert werden, daß optimale Flammendeformation und -Verschiebung erhalten werden.
Die Lanze kann mit einem herkömmlichen Brenner mit einem Auslaß kreisförmigen Querschnitts oder mit einem Brenner verwendet werden, der vorzugsweise eine Auslaßform ähnlich der Form des Auslasses der Lanze aufweist, um eine dadurch abgeflachte Flamme zu erzeugen (die gekrümmt sein kann oder nicht), die eher so ausgebildet ist, daß sie einen gleichförmigen Wärmetransfer bewirkt. Die Lanze und der Rest des Brenners können als ein einheitlicher Gegenstand ausgebildet oder vom Brenner trennbar sein. Gegebenenfalls kann eine Lanze gemäß der Erfindung an einem Brenner nachgerüstet werden.
Der nicht-kreisförmige Gasstrahl erzeugt ein Feld aerodynamisch reduzierten statischen Drucks zwischen der Flamme und der thermischen Last. Dieses Feld reduzierten Drucks zieht die Flamme auf den Gasstrahl zu, d. h. verschiebt die Flamme. Damit kann, beispielsweise durch Richten des Gasstrahls nahe an die thermische Last heran, die Flamme nahe an die thermische Last heran positioniert werden. Zusätzlich deformiert die nicht-kreisförmige Strömung die Flamme transversal, um eine abgeflachte Flamme hoher Temperatur mit einem gleichförmigeren Temperaturprofil zu erzeugen. Diese erwünschten Charakteristiken sind ausgeprägter, wenn der Brenner oder der Brennstoffauslaß des Brenners ebenfalls mit einem nicht-kreisförmigen Profil versehen ist, besonders wenn die Form des Brennstoffauslasses des Brenners derjenigen der Lanze ähnlich ist.
Der Durchgang der Lanze kann ein einzelner nicht-kreisförmiger Kanal sein oder eine Vielzahl von Kanälen umfassen, worin einer oder mehrere der Kanäle einen achsensymmetrischen Querschnitt aufweisen können. In jedem Fall ist die Gasströmung aus der Lanze heraus so angeordnet, daß sie einen Strahl abgeflachter oder nicht-kreisförmiger Form bildet.
Beispielsweise kann das Auslaßende der Lanze einen rechtwinkligen oder ellipsoiden Querschnitt besitzen. Das rechtwinklig geformte Auslaßende wird bevorzugt in einem herkömmlichen Hochtemperaturofen mit einer ebenen Heizoberfläche verwendet, während das ellipsoidförmige Auslaßende besonders geeignet zur Verwendung in einem Drehrohrofen ist, bei dem die Oberfläche der thermischen Last gekrümmt ist.
Der Brenner oder Brennstoffauslaß kann mit irgendeinem nicht-kreisförmigen Profil aufgebaut sein, hat jedoch vorzugsweise eine Form ähnlich der Form der Lanze. Zusammenpassende Formen sorgen für einen optimalen Kontakt (typischerweise über einen vergrößerten Oberflächenbereich) zwischen der Flamme und dem Gasstrahl, wodurch ein optimaler Konvektions- und Strahlungswärmetransfer induziert wird.
Fachleute werden einsehen, daß an einem vom Brenner entfernten Punkt ein Deformierungsgrad einer nicht-vertikal orientierten Flamme als ein Ergebnis einer Kombination von Flammenauftrieb und Geschwindigkeitsabfall vorhanden sein kann. Die Entfernung vom Auslaß des Brenners, wo eine natürliche Deformierung der Flamme stattfindet, hängt von solchen Faktoren wie der Froude-Zahl ab. Selbstverständlich bezieht sich eine Bezugnahme auf die Form der Flamme, die gemäß dem vorliegenden Verfahren erzeugt wird, auf die Flamme stromaufwärts des Stattfindens der natürlichen Deformation.
Die Erfindung wird nun beispielhaft anhand der begleitenden Zeichnungen beschrieben, in welchen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile bezeichnen, und in welchen:
FIGUR 1 eine perspektivische Ansicht einer typischen achsensymmetrischen Lanze des Stands der Technik ist;
FIGUR 2 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der Gaslanze der vorliegenden Erfindung ist, die einen einzelnen Kanal zur Erwärmung einer ebenen Oberfläche aufweist;
FIGUR 3 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der Gaslanze der vorliegenden Erfindung ist, die Mehrfach-Kanäle aufweist;
FIGUR 4 eine perspektivische Ansicht einer Einzelkanal-Gaslanze der vorliegenden Erfindung zur Verwendung bei der Erwärmung einer gekrümmten Oberfläche ist;
FIGUR 5 eine perspektivische Ansicht einer Mehrfachkanal-Gaslanze zur Verwendung bei der Erwärmung einer gekrümmten Oberfläche ist;
FIGUR 6A eine perspektivische Ansicht eines Hochtemperaturofens ist, die ein Beispiel der Positionierung der Gaslanzen/Brenner-Kombination der vorliegenden Erfindung zeigt;
FIGUR 6B eine Querschnittsansicht ist, die entlang der Linie A-A der in FIGUR 6A gezeigten Brenner/Lanzen-Anordnung genommen ist und eine Verschiebung und Deformation der Flamme zeigt;
FIGUR 7A eine Teilquerschnittsansicht eines eine Gaslanze enthaltenden Brenners ist, in welchem sowohl die Gaslanze als auch der Brennstoffauslaß ähnlich geformte Auslaßenden aufweisen;
FIGUR 7B eine Teilquerschnittsansicht eines weiteren, eine Lanze enthaltenden Brenners ist, in welchem die Lanze die gleiche Konfiguration wie in FIGUR 3 gezeigt besitzt und der Brennstoffauslaß der gleiche wie derjenige ist, der in FIGUR 6A gezeigt ist;
FIGUR 7C eine Teilquerschnittsansicht noch eines weiteren, eine Lanze enthaltenden Brenners ist, in welchem der Brennstoffauslaß und die Lanze jeweils ein gekrümmtes Profil ähnlich zu demjenigen aufweisen, das für die Lanze in FIGUR 4 gezeigt ist;
FIGUR 8 eine schematische Ansicht der Beziehung zwischen der Flamme und der thermischen Last in einem Ofen des Stands der Technik mit einer ebenen wärmeannehmenden Oberfläche ist;
FIGUR 9 eine schematische Ansicht der Beziehung zwischen der Flamme und der thermischen Last in einem Ofen mit einer ebenen wärmeannehmenden Oberfläche gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
FIGUR 10A ein horizontales Temperaturprofil über die thermische Last in der Richtung senkrecht zur Flammenrichtung ist, und zwar wie durch eine Lanze des Stands der Technik erzeugt;
FIGUR 10B ein horizontales Temperaturprofil über die thermische Last in der Richtung senkrecht zur Flammenrichtung ist, und zwar wie durch eine Lanze der vorliegenden Erfindung erzeugt;
FIGUR 11A ein vertikales Temperaturprofil über eine Flamme ist, die durch eine Lanze des Stands der Technik erzeugt wird, und zwar genommen entlang der Linie B-B in FIGUR 6B;
FIGUR 11B ein vertikales Temperaturprofil über eine Flamme ist, die durch eine Lanze der vorliegenden Erfindung erzeugt wird, und zwar genommen entlang der Linie B-B in FIGUR 6B;
FIGUR 12 ein Graph ist, der horizontale Temperaturprofile einer Flamme stromabwärts eines Brenners bei Abwesenheit eines Sauerstoffstrahls zeigt;
FIGUR 12B ein Graph ist, der horizontale Temperaturprofile einer Flamme stromabwärts eines Brenners zeigt, der eine herkömmliche achsensymmetrische Lanze einsetzt;
FIGUR 12C ein Graph ist, der horizontale Temperaturprofile einer Flamme stromabwärts eines Brenners zeigt, der eine nicht-kreisförmige Lanze gemäß der vorliegenden Erfindung einsetzt;
FIGUR 13 ein Graph ist, der die räumliche Temperaturverteilung in einer Ebene Y=0 (FIGUR 7A) darstellt; und
FIGUR 14 eine Darstellung ist, die die räumliche Verteilung der Isothermen in einer Ebene Y=0 gemäß FIGUR 7A zeigt.
Wie in FIGUR 1 gezeigt, besitzt eine typische Gaslanze 1 des Stands der Technik einen im wesentlichen zylindrischen Körper 1, der zwischen achsensymmetrischen (d. h. kreisförmigen) Einlaß- bzw. Auslaßenden 3a bzw. 3b ausgebildet ist, so daß die Lanze 1 im wesentlichen die Form einer zylindrischen Röhre besitzt.
Im Gegensatz dazu besitzen die neuartigen Gaslanzen, die in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung benutzt werden, ein Auslaßende, welches nicht kreisförmig ist und in der axialen Richtung divergiert, wodurch sich die Emission einer nicht-kreisförmigen Gasströmung ergibt.
Nach FIGUR 2 schließt eine Ausführungsform der Lanze 4 der vorliegenden Erfindung einen achsensymmetrischen Körper 6 mit einem Einlaßende 7 und einem gegenüberliegenden Ende 8 ein, das mit einem Lanzenauslaßende oder einer Spitze 5 verbunden ist, die eine Ausgangsöffnung 9 besitzt. Die Lanzenspitze 5 divergiert nicht-kreisförmig in der longitudinalen Richtung vom gegenüberliegenden Ende 8 des Körpers 6 zum Auslaßende 5, um eine Ausgangsöffnung 9 zu schaffen, die wesentlich weiter als das Einlaßende 7 ist und ein abgeflachtes, im wesentlichen rechtwinkliges Profil darstellt. Die Ausgangsöffnung 9 schließt ein Paar von an gegenüberliegenden Enden der Lanzenspitze 5 positionierten Referenzpunkten 80 und 82 ein, die verwendet werden, um die Lanze 4 bezüglich des Brenners zu positionieren und somit eine optimale Verschiebung und Deformierung der Flamme zu schaffen, wie nachstehend erläutert wird. Der Strahlstrom aus ratensteigerndem Gas, z. B. Sauerstoff, der die Spitze 5 verläßt, ist nicht-kreisförmig und paßt sich an das im wesentlichen rechtwinklige Profil der Ausgangsöffnung 9 an.
In Betrieb strömt das Gas durch den Körper 6 vom Einlaßende 7 aus. Während das Gas in die Spitze 5 eintritt, nimmt es die nicht-kreisförmige Form der Spitze 5 an, um einen nichtkreisförmigen, ebenenartigen Gasstrahl zu schaffen, der die Ausgangsöffnung 9 verläßt.
Eine weitere Ausführungsform der Lanze 4, die einen nichtkreisförmigen Gasstrahl schafft, ist in FIGUR 3 gezeigt. Die Lanze 4 schließt eine Vielzahl von achsensymmetrischen Kanälen 30 ein, die in einem im wesentlichen zylindrischen Körper 6 untergebracht sind. Jeder Kanal 30 besitzt ein Einlaßende 7 und eine Ausgangsöffnung 9 mit Referenzpunkten 80 und 82, aus welcher Gas achsensymmetrisch herausströmt. Die Kanäle 30 fächern sich nach außen von der longitudinalen Achse des Körpers 6 auf, so daß die Strahlen kombinieren, um einen nicht-kreisförmigen, ebenenartigen Gasstrom wie oben in Verbindung mit FIGUR 2 beschrieben zu schaffen. Die Kanäle 30 können vom Körper 6 vorstehen oder darin, wie in FIGUR 3 gezeigt, eingeschlossen sein. Die letztere Ausführungsform wird bevorzugt, um einen Extraschutz für die Kanäle 30 in der Ofenumgebung zu schaffen.
Die Lanze 4 kann auch eine ellipsoidartige Form besitzen, um ein Erwärmen gekrümmter Oberflächen zu erleichtern. Nach FIGUR 4 besitzt die Spitze 5 der Lanze 4 eine einzelne Ausgangsöffnung 31 von im allgemeinen ellipsoider Gestalt, die in einem Drehrohrofen verwendet werden kann, worin die thermische Last eine gekrümmte Oberfläche besitzt.
Eine Ausführungsform der Lanze 4 mit im allgemeinen ellipsoider Gestalt ist in FIGUR 5 gezeigt, worin der Gasstrahlstrom aus individuellen achsensymmetrischen Kanälen 32 herausströmt. Wie in Verbindung mit FIGUR 3 beschrieben, können die Kanäle 32 im Körper 6 vorhanden sein und ebenso ein nicht-kreisförmiges Gasprofil schaffen.
Die Beziehung des Brenners oder des Brennstoffauslasses des Brenners und der Gaslanze gemäß der vorliegenden Erfindung ist in der Umgebung eines typischen Glasofens gezeigt, der in der Lage ist, 150 Tonnen Glas pro Tag zu produzieren. Nach FIGUR 6A wird Beschickungsmaterial in ein Ende 41 des Glasofens 40 eingeführt. Der Ofen 40 schließt einen Durchlaß 42 ein, der zu einem Vorherd 43 führt, in welchem das zum Schmelzen gebrachte Glas zur Endproduktherstellung übertragen wird.
Neun Brenner 44, drei unter jeder von drei Luftzufuhröffnungen 45, feuern simultan über die Glasschmelze 46. Gaslanzen 4 des in FIGUR 2 gezeigten Typs sind unter jedem der Brenner 44 angeordnet und auf einen Winkel eingestellt, der ausreichend ist, um die Flamme sowohl zu deformieren als auch zu verschieben, so daß ein im wesentlichen flaches Profil einer Flamme gleichförmig die gesamte thermische Last bedeckt. Dies schafft eine signifikant gesteigerte Wärmetransferrate, während kapazitätsbegrenzende heiße Stellen vermieden werden. Die Lanzen 4 können auf einen Winkel im Bereich von bis zu etwa +45º sich in die Flamme hinein richtend und etwa -45º von der Flamme weg eingestellt sein. Typischerweise werden gute Ergebnisse erhalten, wenn der Strahl im wesentlichen parallel zur Flamme verläuft, das heißt, wenn die longitudinalen Achsen des Brenners und der Lanze im allgemeinen parallel sind.
FIGUR 6B zeigt die Deformation und Verschiebung der Flamme durch die Verwendung der Gaslanze 4 in der in der FIGUR 6A beschriebenen Ofenumgebung. Insbesondere bringt eine Wand 48 des Ofens 40 die Luftzuführöffnungen 45, Brenner 44 und die neuartigen Lanzen 4 der Erfindung unter. Die Lanzen 4 sind zwischen den Brennern 44 und der Wärmetransferoberfläche positioniert, d. h. die Schmelze 46 verläuft näherungsweise parallel zum Brenner 44. Das Gas 14, das nicht-kreisförmig aus der Lanze 4 herausströmt, erzeugt ein Feld niedrigen Drucks zwischen der Flamme und der thermischen Last und zieht die Flamme 12 nach unten über die Schmelze 46 und flacht die Flamme 12 nach außen ab, so daß die Flamme 12 gleichförmig ausgebreitet wird über die gesamte Schmelze 46 oder einen Oberflächenbereich davon, der größer ist, als es der Fall wäre, wenn eine einzelne achsensymmetrische Lanze an die Stelle der Lanze gemäß der Erfindung gesetzt werden würde. Die Figuren 7A-7C zeigen eine Anordnung eines Brenners, der einen Brennstoffauslaß und eine Lanze enthält, worin jeder einen nicht-achsensymmetrischen Auslaß einsetzt. Insbesondere setzt die Anordnung von FIGUR 7A eine Lanze des in FIGUR 2 gezeigten Typs innerhalb eines Brenners 50 mit einem nicht-kreisförmigen Brennstoffauslaß 52 und einem Einlaßende 54 ein, welche achsensymmetrisch sein können, wie insbesondere in FIGUR 7A gezeigt. Eine Ebene C-C, die durch die Referenzpunkte 80 und 82 an den jeweiligen Seiten der Ausgangsöffnung 9 verläuft, verläuft nicht parallel und vorzugsweise senkrecht zu einer Ebene D-D, die sowohl die Lanze 4 als auch den Brennstoffauslaß 52 in zwei Teile teilt. Die Ebene D-D teilt sowohl die Lanze als auch den Brenner in zwei Teile.
FIGUR 7B zeigt eine weitere Anordnung, in der eine Lanze im wesentlichen wie in Verbindung mit FIGUR 3 gezeigt und beschrieben wirksam bezüglich des Brennstoffauslasses im wesentlichen genauso wie diejenige positioniert ist, die in FIGUR 7A gezeigt ist. In der Anordnung von FIGUR 7B besitzen sowohl der Brenner als auch die Lanze im wesentlichen ähnliche abgeflachte nicht-kreisförmige Auslässe, wodurch eine abgeflachte Flamme im Ofen gebildet wird.
FIGUR 7C zeigt einen Brenner, der einen Brennstoffauslaß und eine Lanze enthält, in welchem die Lanze im wesentlichen die gleiche ist wie diejenige, die in Verbindung mit FIGUR 4 gezeigt und beschrieben ist. Der Brenner 60 besitzt einen ähnlichen ellipsoidförmigen Brennstoffauslaß 62 mit einer einzelnen Ausgangsöffnung 64 zur Verwendung in einem Drehrohrofen mit der thermischen Last auf einer gekrümmten (konkaven) Oberfläche, wodurch die (leicht konvexe) Form der Unterseite der Flamme dazu neigt, sich an die konkave Form der Last anzupassen.
Die in den FIGUREN 7A-7C gezeigten Ausführungsformen resultieren in einer geometrisch gleichförmigeren Steigerung von Strahlungs- und Konvektionswärmetransfer zur Oberfläche des Substrats. Zusätzlich kann das Feld aerodynamisch reduzierten Drucks, das durch den Gasstrahl erzeugt wird, leichter die Flamme nach unten ziehen und die Flamme näher zur Oberfläche des Substrats positionieren. Jedoch können selbstverständlich annehmbare Ergebnisse unter Verwendung eines achsensymmetrischen Brenners mit einer nicht-kreisförmigen Lanze oder eines nicht-kreisförmigen Brenners und einer nichtkreisförmigen Lanze mit verschiedenen nicht-kreisförmigen Auslässen erhalten werden.
Wie in den FIGUREN 8 und 9 gezeigt, verschiebt der Einsatz der Gaslanze der vorliegenden Erfindung, die ein nicht-kreisförmiges Gasprofil emittiert, die Flamme nach unten auf den Strahl zu und flacht die Flamme ab, so daß eine gleichförmige abgeflachte Flamme bei maximaler Flammentemperatur einen größeren Oberflächenbereich der thermischen Last bedeckt und unerwünschte heiße Stellen beseitigt.
Nach FIGUR 8 erzeugt der Glasofen des Stands der Technik, der herkömmliche achsensymmetrische Gaslanzen verwendet, die zwischen den Brennern und der thermischen Last positioniert sind, unerwünschte lokalisierte heiße Stellen. Insbesondere wird die im Ofen 40 befindliche Glasschmelze 46 durch die Flamme 12 erwärmt, wobei eine Mischzone 16 gebildet wird. Die Mischzone 16 aus einer achsensymmetrischen Gasströmung und der Flamme 12 resultiert lediglich in einem lokal gesteigerten Wärmetransfer, der eine ungleichmäßige Erwärmung und die Erzeugung heißer Stellen 15 verursacht, und kann sogar ein Überhitzen der Schmelze 46 verursachen.
Wie in FIGUR 9 gezeigt, erzeugt eine nicht-kreisförmige Gaslanze, die zwischen dem Brenner und der Schmelze 46, wie oben in Verbindung mit FIGUR 6B beschrieben, positioniert ist, eine abgeflachte, nicht-kreisförmige Mischzone 20. Die druckinduzierte Deformation der Flamme 12 resultiert in einer gleichförmigeren Temperatursteigerung über einen größeren Oberflächenbereich. Auf diese Weise wird der lokale Wärmefluß und damit die lokale Wärmelasttemperatur gleichförmig gehalten.
Ein Fachmann sieht leicht ein, daß achsensymmetrische Lanzen, die beim Erwärmen gekrümmter Oberflächen wie beispielsweise eines Drehrohrofens verwendet werden, ebenfalls lokalisierte heiße Stellen hervorrufen. Die Verwendung einer nicht-kreisförmigen Gaslanze des in Verbindung mit den FIGUREN 4 und 5 beschriebenen Typs ist ebenso wirksam beim Beseitigen heißer Stellen auf gekrümmten Oberflächen.
Im wesentlichen wird das Druckfeld, das durch einen nichtkreisförmigen Hochgeschwindigkeits-, reaktionsratensteigernden Gasstrahl oder Gasstrahlen, der oder die zwischen der Flamme und der thermischen Last positioniert ist oder sind, verwendet, um (a) die Flamme günstiger bezüglich der thermischen Last zu positionieren, (b) die Flammenform auf die thermische Last zuzuschneiden, und (c) die Flammentemperatur gleichförmig über einem großen Bereich zu steigern. Diese Vorteile führen zu einem Ergebnis, das durch die wesentliche Beseitigung heißer Stellen wiedergespiegelt wird. Darüber hinaus wird vermöge der vorliegenden Erfindung die Notwendigkeit zur Manipulation der thermischen Last, um die lokalen heißen Stellen zu kompensieren, die häufig in herkömmlichen Ofen gebildet werden, im wesentlichen reduziert, wodurch eine beträchtliche Kosteneinsparung geschaffen wird.

Beispiel 1

Tests, welche die vorliegenden nicht-kreisförmigen Lanzen mit herkömmlichen Lanzen vergleichen, wurden durchgeführt auf einem 9.2 m langen und 7.1 m breiten herkömmlichen Glasofentank. Beschickungsmaterial wurde am Doghaus-Ende des Glastanks eingeführt. Während die Beschickung zum Schmelzen gebracht wurde, bewegte sich das Material auf den Durchlaß zu. Weiteres Verfeinern fand im Arbeitsende statt. Nach dem Vorherd war die Glasschmelze bereit zur Endproduktherstellung. Die volle Rate von Glas vom Tank betrug 152 x 10³ - 203 x 10³ Kg (150-200 Tonnen) pro Tag.
Drei Brenner, einer unter jeder der drei Öffnungen, sorgten für die notwendige Hitze (17.5 GJ/hr). Die erforderliche Luft zur Verbrennung strömte durch den Regenerator, die Öffnungen und über die Brenner (Unteröffnungsfeuerung). Eine Sauerstofflanze war unter jedem Brenner von Öffnung Nummer drei angebracht. Die Verbrennungsgase wurden durch gegenüberliegenden Öffnungen und Regeneratoren abgelassen. Nach einem Feuerungszyklus von 15 Minuten von einem Satz von Öffnungen wurde die Feuerungsseite umgekehrt. Auf diese Weise wurde ein Teil der Ablaßenergie jedes vorherigen Zyklus zurückgewonnen mit den Regeneratoren, indem die Verbrennungsluft vorerwärmt wurde.
Sauerstofflanzen waren unter jedem der drei Brenner von Öffnung Nummer drei auf beiden Feuerungsseiten angebracht.
Herkömmliche Lanzen bestanden aus einem Rohr rostfreien Stahls ID 6.35 mm (¼ inch). Jede Lanze führte näherungsweise 315 SLPM (Standardliter pro Minute) Sauerstoff bei einer durchschnittlichen Geschwindigkeit von 165 m/s ein. Dieser Sauerstoff sorgte für 4.9% des gesamten notwendigen Sauerstoffs.
Neuartige Lanzen der vorliegenden Erfindung enthielten eine Spitze mit vier Hochgeschwindigkeitskanälen, welche Strahlen in einer horizontalen Ebene auf eine fächerartige Weise richteten, d. h. einem im wesentlichen rechtwinkligen Ausströmprofil, und zwar des in FIGUR 3 gezeigten Typs.
Die Wahl des Divergenzwinkels des Sauerstoffstrahlwinkels basierte auf den Zielen, eine erforderliche Menge von Sauerstoff zu schaffen, die benötigt wird, um die Flamme zuzuschneiden durch Schaffen einer breiten Zone niedrigen Drucks. Die Wahl der Lanzendurchmesser basierte auf dem Ziel, Zonen niedrigen Drucks zu erzeugen, welche die Position, Geometrie und räumliche Intensivierung der Flamme steuern. Die ausgewählten Lanzen waren an die bestehenden Schwerbrennstoffölbrenner angepaßt. Diese Brenner erzeugten turbulente Diffusionsflammen mit Strahlausbreitungswinkeln von näherungsweise 20 Grad. Durchschnittliche Geschwindigkeiten der kalten Sauerstoffstrahlen von näherungsweise 255 m/s wurden abgeschätzt, um ausreichend niedrige Drücke zu schaffen und somit die obigen Ziele zu erfüllen.
Um die Leistung sowohl der herkömmlichen als auch der nichtachsensymmetrischen Sauerstofflanzen zu berechnen, wurden Temperaturmessungen vorgenommen. Zwei Verfahren wurden verwendet.
Zuerst lieferte ein Abtast-IR-Pyrometer Temperaturprofile entlang einer geraden Linie. Im wesentlichen begrenzten IR-Feld-Stops die Sicht eines räumlich abtastenden Festkörperdetektors auf einen kleinen Raumwinkel (60 usr). Die Strahlungsmessungen wurden in Temperaturmessungen umgewandelt, und zwar unter Annahme eines Schwarzkörperverhaltens. Die häufig verwendete Schwarzkörperannahme begrenzt die quantitative Interpretation der Daten in der gewöhnlichen Weise. Unabhängige Temperaturmessungen wurden durchgeführt unter Verwendung eines optischen Pyrometers.
Zweitens wurde eine Videokamera verwendet, um qualitative Temperaturmessungen innerhalb des Ofens während des Feuerns und der Umkehrung zu erhalten. Im allgemeinen ist bei den typischerweise hohen Temperaturen eines Ofens ein Videokameradetektor nahe der Sättigung und den aufgezeichneten Bildern mangelt es an Kontrast. Jedoch wurden die sichtbaren Bilder in Wärmebilder umgewandelt, und zwar durch die Verwendung eines Neutraldichtefilters.
FIGUR 11A zeigt eine Vertikaltemperaturabtastung entlang der Linie B-B in FIGUR 6B für einen Brenner und eine herkömmliche Lanze des in FIGUR 1 gezeigten Typs. Wie gezeigt, wies die Temperatur eine Spitze über die Flamme hinweg auf und der Bodentemperaturgradient war sehr steil. Dies wurde von der Einführung kalten Sauerstoffs zum Bodenteil der Flamme erwartet.
FIGUR 11B zeigt eine ähnliche Vertikaltemperaturabtastung entlang B-B in FIGUR 6B für einen Brenner und die in FIGUR 3 gezeigte vorliegende Lanze. Wie in FIGUR 11 gezeigt, treten zwei Temperaturspitzen auf. Die erste Temperaturspitze ist dort vorhanden, wo die Hauptflamme vom Brenner Vorstand, und die zweite Temperaturspitze befindet sich dort, wo die ebene Sauerstofflanze positioniert ist. Diese zweite Temperaturspitze ist das Ergebnis der Anziehung brennbarer Gase, Öltröpfchen und der Flamme durch das Feld niedrigen Drucks des ebenen Sauerstoffstrahls. Es ist dieser starke Effekt, der nicht mit herkömmlichen Lanzen erzielt wurde und der eine günstige Deformation und Positionierung der Flamme ermöglicht.
Eine Videothermographie der Flammen mit herkömmlichen Sauerstofflanzen zeigte schmale, stiftähnliche heiße Temperaturzonen, die in nicht-homogenen Temperaturprofilen in der Glasschmelze, wie in FIGUR 10A gezeigt, als ein Ergebnis lokal hoher Wärmeflüsse resultierten.
Eine Videothermographie der Flammen mit der Sauerstofflanze der vorliegenden Erfindung zeigte gleichförmig gesteigerte Flammentemperaturprofile. Das Fehlen heißer Temperaturzonen in den Flammen mit dem vorliegenden Verfahren resultierte in homogenen Temperaturprofilen in der Glasschmelze als ein Ergebnis gleichförmiger Wärmeflüsse, wie in FIGUR 10B gezeigt.
Die Ergebnisse der obigen Tests sind in TABELLE 1 gezeigt. Die dritte Spalte in TABELLE 1 zeigt, daß die Gleichförmigkeit der Glasschmelzentemperatur um etwa 400% angestiegen ist, und zwar durch Verwendung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung. Dieser Effekt ist bemerkenswert angesichts der großen thermischen Trägheit des Ofens, als in diesem Test lediglich zwei der insgesamt achtzehn Brenner mit den Sauerstoff lanzen der vorliegenden Erfindung ausgestattet waren. Tabelle 1: Zusammenfassung typischer Temperaturprofile von Glasschmelzenoberflächen während einer Umkehrung Durchgang Lanzentyp Tmax [K] Tmin [K] Tmax - Tmin Tc Kontrolle keine herkömmlich nicht-kreis-förmig (1 Zyklus) nicht-kreis-förmig (24 Std.) Tc = Tmax - Tmin für die herkömmlichen Lanzen
Wie aus den in Tabelle 1 bereitgestellten Ergebnissen zu erkennen ist, erzeugten die neuartigen Flachstrahllanzen der vorliegenden Erfindung überraschenderweise eine signifikant verbesserte Gleichförmigkeit der Temperatur der Glasschmelzenoberfläche im Vergleich zu einer herkömmlichen Sauerstofflanze.

Beispiel 2

Der Effekt auf Flammengeometrieentwicklung zwischen einer nicht-kreisförmigen Lanze (FIGUR 2) und einer achsensymmetrischen Lanze (FIGUR 1) wurde quantitativ verglichen. Für diesen Vergleich wurde ein flacher Strahl von Sauerstoff (geliefert von einer nicht-kreisförmigen Lanze mit einem rechtwinkligen Auslaß, dessen Längenverhältnis größer als 30 ist) ausgewählt als charakteristisch für einen nicht-kreisförmigen Strahl einer reaktionsratensteigernden Gasmischung. Der flache Strahl wurde im wesentlichen parallel zu einer Hochgeschwindigkeits-, anfangs achsensymmetrischen, turbulenten Diffusionsflamme gerichtet. Die anfangs achsensymmetrische turbulente Diffusionsflamme wurde durch Zünden eines Hochgeschwindigkeitstrahls aus Methan erzeugt, der aus einem kleinen runden Rohr austrat. Die hohen Reynolds-(Re)-Zahlen an der Brennerspitze sind typisch für Brennersysteme industriellen Typs. Die besonderen Betriebsbedingungen sind in TABELLE II angegeben. Tabelle II: Betriebsbedingungen Funktion Gas Durchschn. Geschwindigkeit [m/s] Größe mm (Inch) Re Flammen-Umgeb. Brenner Rund-Strahl Flach-Strahl Luft Methan Sauerstoff
Temperaturprofile über die Flamme hinweg wurden mit Thermoelementen genommen in radialer (r) Richtung an mehreren axialen (z) Orten stromabwärts der Brennerspitze. Die Thermoelemente bestanden aus einem sehr kleinen (0.051 mm) (0.002") Thermoelement-Kügelchen, das aus einer Kopf-an-Kopf- Schweißung zwischen PtRd 6%/PtRd 30%-Drähten resultierte. Das Kügelchen kleinen Durchmessers ergab ausreichende räumliche Auflösung. Wie in der Verbrennungsforschung üblich, waren die Drähte mit einer glasartigen Siliziumoxidschicht überzogen, um katalytische Fehler in den Temperaturmessungen zu verhindern. Mit der bekannten Thermoelement-Anordnungstechnik, um Wärmeleitungsfehler zu minimieren, repräsentierten des weiteren die Temperaturprofile die wahren Temperaturprofile in der Flamme.
FIGUR 12A zeigt die Temperaturprofile der unmodifizierten, d. h. keine Gaslanze, turbulenten Methandiffusionsflamme an mehreren Orten stromabwärts der Brennerspitze, wobei:
z = die Entfernung stromabwärts von der Brennerspitze
r = die Entfernung von der Brennerachse
Do = der Brennerdurchmesser
Ro = der Brennerradius
Die Betriebsbedingungen sind in TABELLE II aufgelistet.
FIGUR 12A zeigt die bekannte charakteristische Ausdehnung der M-förmigen Temperaturprofile stromabwärts des Brenners. Während sich das Gas stromabwärts bewegt, heizt es sich auf und reagiert um die Temperaturspitzenzonen herum. Die (turbulenten) "Diffusions"-Prozesse und die Ausdehnung der heißen Gase neigen dazu, die Temperaturgradienten zu verringern, während sich die Flamme stromabwärts der Brennerspitze bewegt. Diese Temperaturprofile schaffen eine Basis zum Vergleichen einer Flamme, die mit einer herkömmlichen achsensymmetrischen Lanze und einer nicht-kreisförmigen Lanze gemäß dem vorliegenden Verfahren modifiziert ist.
Die Modifizierung der Temperaturprofile mit einem achsensymmetrischen Sauerstoffstrahl ist in FIGUR 12B gezeigt. Die Achse des Strahls befand sich 2.37 Brennerdurchmesser nach rechts von der Brennerachse und war im wesentlichen parallel zur Brennerachse gerichtet.
Die Temperaturspitze in FIGUR 12A zeigt einen drastischen Anstieg am Bereich der Sauerstoffinjektion. Jedoch zeigen die Temperaturprofile kleinere Temperaturgradienten an der rechten, "Vorderkanten"-Seite der Flamme, wo der Sauerstoff eingeführt wurde. Darüber hinaus zeigt ein Vergleich der FIGUREN 12A und 12B, daß die linke Flammenzone von der Brennerachse weg verschoben worden ist.
FIGUR 12C zeigt die drastischen Änderungen in den Temperaturprofilen bei Verwendung der Lanze der vorliegenden Erfindung. Die Achse des nicht-kreisförmigen Strahls befand sich 2.37 Brennerdurchmesser nach rechts von der Brennerachse und war im wesentlichen parallel zur Brennerachse gerichtet. Auf ähnliche Weise, wie mit der achsensymmetrischen Lanze, wird der drastische Temperaturanstieg gegenüber dem Fall ohne Sauerstoffinjektion an der rechten, "Vorderkanten"-Seite der Sauerstoffeinführung durch das Intervall von Messungen hindurch aufrechterhalten.
Jedoch werden mehrere wichtige Verbesserungen des Flammenprofils erhalten. Die Vorderkanten-Temperaturgradienten sind nicht nur näherungsweise 40% höher als die nicht mit einer Lanze versehene Flamme, sondern sind etwa 50% höher als die achsensymmetrische Lanzenflamme. Zusätzlich ist der Flammenausbreitungswinkel, d. h. der Winkel eines äquivalenten Kegels, der durch den Ort der maximalen Temperaturen in der Flamme gebildet wird, etwa 50% niedriger als die achsensymmetrische, mit einer Lanze versehene Flamme und etwa 70% niedriger als die nicht mit einer Lanze versehene Flamme. Die Ergebnisse sind in TABELLE III gezeigt. Tabelle III: Zusammenfassung der Ergebnisse Turbulente Flamme Turb. Flamme + achsensym. O&sub2;-Strahl Turb. Flamme + flacher O&sub2;-Strahl z/Do dT/dr [K/cm] Flammenausbreitungswinkel
Sowohl die achsensymmetrischen als auch die nicht-kreisförmigen Lanzen erzeugen eine Zone niedrigen statischen Drucks um r/Ro=4.74 herum, wo der Sauerstoff injiziert wird. Infolgedessen sind die Zonen hoher Temperatur auf der rechten Seite in den M-förmigen Temperaturprofilen der FIGUR 12A nach links verschoben, auf r/Ro=4.74 zu. Für die achsensymmetrische Lanze wird die Zone hoher Temperatur auf der linken Seite (FIGUR 12B) weiter von der Brennerachse weg verschoben. Für die nicht-kreisförmige Lanze jedoch wird die Zone hoher Temperatur auf der linken Seite auf die Zone niedrigen statischen Drucks der Sauerstoffinjektion zu verschoben, wie in FIGUR 12C gezeigt. Somit verschiebt die nicht-kreisförmige Lanze nicht nur die rechte Hochtemperaturreaktionszone, sondern auch die linke Hochtemperaturzone, welche die Flamme in eine günstigere Geometrie deformiert. Wie in FIGUR 12C gezeigt, ist nicht nur eine Flammendeformation, sondern auch eine Verschiebung der gesamten Flamme aufgetreten, was eine größere Kontrolle über die Flammenplazierung schafft.
Darüber hinaus ist aus einem Vergleich der FIGUREN 12A und 12B ersichtlich, daß das Ausbreiten der Flamme in der Richtung der Linie vom Zentrum der Brennerspitze zum Zentrum der Lanze viel begrenzter ist durch die nicht-achsensymmetrische Lanze. Zusätzlich zeigt ein Vergleich der FIGUREN 12B und 12C, daß das nicht-kreisförmige Lanzenverfahren beim Aufrechterhalten eines wünschenswerten hohen Temperaturgradienten an dem Ort, wo der Sauerstoff eingeführt wird, überlegen ist.

Beispiel 3

Der Effekt einer 'globalen' Steigerung der Flammenverschiebung und -deformation des Typs einer in FIGUR 7A gezeigten Lanzen/Brenner-Anordnung wurde quantitativ bestimmt.
Sauerstoff wurde als das reaktionsratensteigernde Gas und Methan als der Brennstoff ausgewählt. Die Reynolds-(Re)-Zahlen an der Brennerspitze sind typisch für ein Brennersystem industriellen Typs. Die besonderen Betriebsbedingungen sind in TABELLE IV gezeigt. Tabelle IV: Betriebsbedingungen Funktion Gas Durchschn. Geschwindigkeit [m/s] Größe, mm [Inch] Flammenumgeb. Brennstoffdüse Gasdüse Luft Methan Sauerstoff
Die Trennung zwischen der Sauerstoffausgangsöffnung 31 und der Brennstoffausgangsöffnung 64, wie in FIGUR 7A gezeigt, betrug 0.2 Inch. Der Ursprung des in FIGUR 7A gezeigten kartesischen Koordinatensystems (Achsen X, Y, Z) befindet sich im Zentrum zwischen der Sauerstoffausgangsöffnung 31 und der Brennstoffausgangsöffnung 64 am Symmetriepunkt in der Y-Richtung und auf der Seite des Brenners.
Ähnliche Prozeduren, wie in Beispiel 2 beschrieben, wurden eingesetzt. Temperaturprofile über die Flamme hinweg wurden in der X-Achsen-Richtung über die global gesteigerte Flammenlage hinweg an mehreren Orten stromabwärts des Brenners genommen. Die Resultate sind in FIGUR 13 aufgetragen.
Wie in FIGUR 13 gezeigt, zeigen nahe am Brenner vorgenommene Messungen das charakteristische "M"-Profil. Die niedrigeren Temperaturen im Zentrum des Profils resultieren von "kaltem" unreagiertem Brennstoff. Ein wenig stromabwärts jedoch wurde lediglich ein heißes Profil nachgewiesen. Zusätzlich gab es im wesentlichen keine Flammenausdehnung in der X-Richtung.
Nach FIGUR 14 ist das Temperaturprofil auf der Sauerstoffseite (linke Seite von FIGUR 14) wohldefiniert, scharf und eben. Die Isothermen auf der Brennstoffseite (rechte Seite von FIGUR 14) zeigen die starke Anziehung der Flamme zum Sauerstoffstrahl. Die signifikante Krümmung der Isothermen auf der Brennstoffseite zeigen das erwünschte Feld aerodynamisch reduzierten Drucks an, welches das günstige Positionieren und die gewünschte Form der Flamme steuert.

Claims

1. Vorrichtung zum Schaffen eines relativ gleichförmigen Wärmetransfers zu einer Oberfläche mit einem Brenner 44, der eine sich über die Oberfläche erstreckende Flamme schafft, und einer Gaslanze 4, die Auslaßmittel 5 zum Emittieren eines Strahls reaktionsratensteigernden Gases aufweist und positioniert ist, um einen aerodynamisch reduzierten Druck zu erzeugen, der die Flamme auf die Oberfläche zu verschiebt, dadurch gekennzeichnet, daß das Auslaßmittel 5 eine nicht-kreisförmige Form aufweist und in der axialen Richtung divergiert, wodurch ein flacher nicht-kreisförmiger Strahl derart emittiert wird, daß die Flamme transversal ausgedehnt und abgeflacht ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lanze 4 einen Körper 6 umfaßt, der ein Einlaßende 7 zum Empfangen eines reaktionsratensteigernden Gases von einer Quelle davon und ein gegenüberliegendes Auslaßende 5 in Strömungskommunikation mit dem Einlaßende mittels eines Durchgangs aufweist, worin das Auslaßmittel 5 eine rechteckige Öffnung 9 aufweist und die längeren Seiten des Rechtecks allgemein transversal zur zu erwärmenden Oberfläche angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lanze 4 einen Körper 6 umfaßt, der ein Einlaßende 7 zum Empfangen eines reaktionsratensteigernden Gases von einer Quelle davon und ein gegenüberliegendes Auslaßmittel 5 in Strömungskommunikation mit dem Einlaßende mittels eines Durchgangs aufweist, und das Auslaßmittel 5 eine ellipsoide Öffnung aufweist, wobei die Lanze 4 derart angeordnet ist, daß sich ihre Hauptachse allgemein horizontal erstreckt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lanze 4 eine Vielzahl von gasemittierenden Kanälen 32 umfaßt, welche Auslässe derart aufweisen, daß ein fächerförmiger Strahl ratensteigernden Gases emittiert wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner 44 einen Auslaß für Brennstoff aufweist, der eine Öffnung von im wesentlichen der gleichen Form wie die Öffnung am Auslaß der Lanze definiert.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner 44 einen Auslaß für Brennstoff aufweist, der eine nicht-kreisförmige Öffnung definiert.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in welcher sich die Achse der Gaslanze 4 parallel zur Achse des Brenners 44 erstreckt.

8. Ein Verfahren zur Erwärmung einer Oberfläche, welches umfaßt, daß ein Brennstoff verbrannt wird, um eine sich über die Oberfläche hinweg und oberhalb dieser erstreckende Flamme zu schaffen, und ein Strahl ratensteigernden Gases zwischen die Flamme und die Oberfläche geliefert wird, um ein Feld aerodynamisch reduzierten Drucks zu erzeugen und dadurch die Flamme zu deformieren und sie auf die Oberfläche zu zu verschieben, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahl flach ist, in der axialen Richtung divergiert und nicht-kreisförmig ist und die Flamme über die Oberfläche hinweg ausdehnt und sie abflacht, wodurch ein gleichförmigeres Erwärmen der Oberfläche erleichtert wird.

9. Ein Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahl sowohl breit als auch relativ flach ist.

10. Ein Verfahren nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahl in einer allgemein horizontalen Ebene divergiert.

11. Ein Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das ratensteigernde Gas Sauerstoff ist.